JPH04503762A - 人工関節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 人工関節 本発明は、特に人間の関節の代替のための、相互に可動な球面状の作用面を有す る少なくとも２つの関節部材から構成された人工関節に関する。

人間のどの関節においても滑らかで潤滑された作用面が互いに摺動しかつ転勤し 、その流体潤滑に対する運動は速度に依存するわずかな摩擦力によってのみ影響 をうける。関節の特にきわだった作用方向がある場合、関節によって導かれた肉 体部分はほとんどこれに接続されている静止しているとみなされる部分に対し相 対的に平面運動をおこなう。この運動の周辺では両側へ共通の運動空間が比較的 小さい角度範囲に限定されて残っている（例えば、あご関節、膝関節、ヒンジ状 関節）。公知の人工関節が本物の関節の機能を十分に再現できず、早く摩耗し、 人体に障害を与えていることが判明した。

本発明の課題は、本物の関節に限りなく近づいた機能を保証すると共に人体内で 長期間苦痛も故障もなく機能する構造を備えた人工関節を提供することである。

これは、本発明によれば、円形の断面輪郭を有する作用面の曲面状態がそれぞれ 凸状−凸状、凸状−凹状或いは凹状−凹状であり、関節幾何形状が２つの関節軸 による関節鏡によって定められ、この関節軸は半径Ｒ３とＲ３を有する作用面の 回転中心Ｍ、とＭ２を通り、ここでＲＩは中心点Ｍ１を有する作用面の円形断面 輪郭の半径であり、Ｒ２は中心点Ｍ、を有する作用面の円形断面輪郭の半径であ ることによって達成される。本発明は、平面運動のための２つの球面状作用面の 相互の摺動が相互の２つの曲線の摺動に限定されることができるという考えに基 づいている。この両回線は、本発明によれば、関節表面による断面輪郭によって 形成される。ここでは、両凸面、凸面−凹面、両凹面が関節の３つの可能な運動 部材を提示している。本発明で用いられている断面輪郭は関節面の力を伝達する 領域を通っている。従って、本発明では、関節は“２要素”関節鏡によって形成 されている。

さらに本発明により、両件用面の間に圧力分配体が配設され、この圧力分配体の 前記作用面に接触する摺動面が前記作用面に適合する曲面を存しており、前記圧 力分配体の厚さＤが回転中心Ｍ、とＭ２を結ぶ直線上で関節負荷の大きさに依存 していると好都合である。本発明のさらに別な実施形態は請求の範囲の従属項に 表されている。

添付の図面で示される実施例に基づいて本発明の詳細な説明される： 図１−両凸面での本発明による関節の作用面の原理図、図２−両凹面での本発明 による関節の作用面の原理図、図３と図４−凸面−凹面での本発明による関節の 作用面の原理図、図５−人間の股関節としての本発明による関節の原理図、 図６−膝関節としての本発明による関節の原理図。

図１から明らかなように、本発明による関節は関節部材１と関節部材２とから構 成されている。図示された実施例では関節部材ｌと２はそれぞれ凸状の作用面３ と４を有している。これらの作用面３と４は円形断面輪郭を有し、作用面１は回 転中心Ｍ、を、作用面２は回転中心Ｍ２を有している。作用面３の円形断面輪郭 の半径はＲ７で、作用面４の円形断面輪郭の半径はＲｉである。本発明による関 節の関節軸線は以下の式で表される半径Ｒを有する： Ｒ＝Ｒ，＋Ｒｔ　＋Ｄ ここで、Ｄは圧力分配体５の厚さであり、この厚さは再回転中心Ｍ＋　とＭ、を 結ぶ線に関してのものである。

圧力分配体５は摺動面６，７を備えており、これらの摺動面は作用面３と４に対 応して合わされた曲面を有している。圧力分配体５の厚さＤは関節の負荷に依存 する。

関節軸線の半径Ｒは、人工関節によって置き換えられる本物の関節から得られる ものである。半径Ｒ３又はＲ３は本物の関節のどちらかに対し検測され、個々の パラメータに基づいて本物の関節に対応された人工関節が作られる。基本的には 、半径Ｒは人工関節と本物の関節を左右する定数である。人工関節は半径Ｒ，， Ｒ，，Ｄを変えることで本物の関節から違ったものとなる。使用される人工材料 を負荷に最適化するためにトータル半径Ｒを同一にする。本発明による関節は、 従って２つの関節軸を有する関節績のように作られる。つまり、いわゆる２要素 関節鎖である。この種の２要素関節鎖の技術的構造はリンクを介して距離Ｒだけ 離れた２つの丸み体からなる構造に一致する。

関節連結体の可動端にその両方とリンク連結された連結体が固定されている。第 １図による本発明の関節の実施例では、両方の回転中心Ｍ、とＭ２はそれぞれそ の関連部材１と２に位置していることが重要である。この圧力分配体５の役割は 、関節に生じる力を関節の作用面を介して分配し、その接触面積を大きくして点 状面で負荷を受けないようにすることである。

第２図には、関節部材１１と１２から構成されている本発明による関節が示され ている。これらの関節部材１１と１２は円形断面輪郭を有する凹状作用面１３． １４を有し、関節部材１１と１２の間に圧力分配体１５が配設されている。この 発明による関節の関節軸線の半径Ｒは次式で表される； Ｒ＝Ｒ２＋Ｒ，−Ｄ ここでもＤは回転中心Ｍ、とＭ２を結ぶ線における圧力分配体１５の厚さであり 、ここでは回転中心Ｍ、とＭ。

は圧力分配体内に位置している。回転中心Ｍ、を中心とする円形断面輪郭の半径 はＲ１で、回転中心Ｍ２を中心とする円形断面輪郭の半径はＲ８である。

図３には、両方の関節部材２１．２２が異なった球面曲率を有する本発明による 関節の別実施例の原理が示されている。関節部材２１は凹状作用面２３を有し、 関節部材２２は凸状作用面２４を有している。

関節部材２１と２２の間には、ここでも圧力分配体２５が配設されている。この 圧力分配体は摺動面２６．２７を有している。関節部材２２は回転中心Ｍ、を有 し、関節部材２２の作用面２４の円形断面輪郭の半径はＲ３である。関節部材２ １は回転中心Ｍ、を有し、その凹状作用面２３は半径Ｒ２の円形断面輪郭をもつ 。ここでは、その回転中心は凸状作用面２４を有する関節部材内に位置する。関 節軸線の半径Ｒは次式で表される：Ｒ＝Ｒ，−Ｒ，−Ｄ ここでもＤは回転中心Ｍ１とＭ２を結ぶ線における圧力分配体２５の厚さである 。

図４には、関節部材３１．．３２を有する本発明による関節のさらに別な実施例 が示されている。ここでは、一方の関節部材３１は凹状作用面３３を有し、他方 の関節部材３２は凸状作用面３４を有している。図３による実施例とは違って、 この実施例では、凸状作用面の円形断面輪郭が大きな径、つまり回転中心Ｍ２に おける半径Ｒ２を有しており、関節部材３１は回転中心Ｍ１における、図３の作 用面２３に較べて小さい径ＲＩを有する。関節部材３２の回転中心は関節部材３ ２の内部に位置し、関節部材３１の回転中心は両開節部材３１と３２の間に設け られている圧力分配体３５の内部に位置するようにそれぞれの回転中心が設定さ れている。圧力分配体３５は作用面３３．３４に接触している摺動面３６．３７ を備えている。関節軸線の半径Ｒは次式で表される；Ｒ＝Ｒ２−Ｒ＋　＋Ｄ 図１〜図４に示された個々の関節の関節軸線は、円軌道であり、これに合わせて 回転中心Ｍ＋　とＭ２が各システムに応じて他方の回転中心周りに動く。回転中 心Ｍ。

とＭ２のこの動きはその自己の回転中心周りの作用面の付加的な回転とは無関係 である。

図５には、人間の股関節としての本発明による関節の実施例が示されている。こ こでは、図３による関節構造を用いており、つまり凸状−凹状のケースである。

腰骨４１は凹状作用面として関節臼４３を備えている。腰骨ないしは関節臼の回 転中心はＭ２である。そして関節臼の円形作用面の半径はＲ２である。他方の関 節部材は大腿骨４２によって形成され、これは回転中心Ｍ、と曲率半径として半 径Ｒ８を有する凸状作用面４４を備えている。両開節部材４１．４２の間に圧力 分配体４５が設けられており、その作用面４３．４４に接触する摺動面４６．４ ７は作用面に対応し適合する曲率を有している。

圧力分配体４５は大腿骨４２の半球状部材の中心を介して引っ張られるように構 成されていると好都合であり、その図示された本発明による関節が少し引っ張り 力にももちこたえることができ、例えば骨ないしは下腿部の重い力により崩壊す ることはない。このことは、同様に半球状作用面４３の半分を介して引っ張られ る圧力分配体４５の外側摺動面４７に関しても成り立つ。

本発明によれば、作用面４３によって形成される中空球内への圧力分配体による 関節の係合は周囲のどこにでも生じるわけでない。

図６には、人間の膝関節を作り出すために必要な関節システムの外形を示してい る。この関節システムは、図３の関節構造をもつ本発明の関節を２つ並列接続し たものから構成されている。ここでは、それぞれ凸状作用面５４を有する互いに 平行に配置された２つの関節部材５２．５３により大腿骨５１が形成されている 。凸状作用面５４は回転中心Ｍ１とその円形断面輪郭の半径Ｒ２を有する。脛骨 ５５には、凹状に形成された２つの作用面５６が互いに平行に設けられており、 その回転中心Ｍ２は大腿骨５１内に位置している。この作用面５６は、それぞれ 半径Ｒ２の円形断面輪郭を有する。作用面つまり関節部材５１．５５の間には、 圧力分配体５７が設けられている。この圧力分配体の構造は、その摺動面５８゜ ５９がそれぞれ関節部材５１．５５の半球状作用面の半分を越えてさらに外側に 延長されるようになっており、これにより関節部材５１．５５が係合保持される 。

さらに本発明によれば、図１〜図４による個々の関節形状の並列接続だけでなく 、これらの関節を直列接続して関節システムを作り出すことも可能である。

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Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．特に人間の関節の代替のための、相互に可動な球面状の作用面を有する少な くとも２つの関節部材から構成された人工関節において、 円形の断面輪郭を有する作用面（３，４，１３，１４，２３，２４，３３，３４ ，４３，４４，５４，５６）の曲面状態がそれぞれ凸状−凸状、凸状−凹状或い は凹状−凹状であり、関節幾何形状が２つの関節軸を有する関節鎖によって定め られ、この関節軸は半径Ｒ１とＲ２を有する作用面の回転中心Ｍ１とＭ２を通り 、ここでＲ１は中心点Ｍ１を有する作用面の円形断面輪郭の半径であり、Ｒ２は 中心点Ｍ２を有する作用面の円形断面輪郭の半径であることを特徴とする関節。
2. ２．前記関節部材（１，２，１０，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２ ，５１，５５）の両作用面（３，４，１３，１４，２３，２４，３３，３４，４ ３，４４，５４，５６）の間に圧力分配体（５，１５，２５，３５，４５，５５ ）が配設され、この圧力分配体の前記作用面に接触する摺動面（６，７，１６， １７，２６，２７，３６，３７，４６，４７，５８，５９）が前記作用面に適合 する曲面を有しており、前記圧力分配体は回転中心Ｍ１とＭ２を結ぶ直線上で関 節負荷の大きさに依存する厚さＤを備えていることを特徴とする請求の範囲１に よる関節。
3. ３．前記関節部材（１，２）の作用面（３，４）が凸状に形成されており、その 回転中心ＭＩとＭ２が属する関節部材（１，２）内に位置し、その関節軸線が半 径Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｄを有することを特徴とする請求の範囲２による関節。
4. ４．関節部材（２２）の作用面（２４）が凸状に、関節部材（２１）の他の作用 面（２３）が凹状に形成され、それらの回転中心Ｍ１とＭ２が凸状の作用面をも つ関節部材内に位置しており、その関節軸線が半径Ｒ＝Ｒ２−Ｒ１−Ｄを有する ことを特徴とする請求の範囲２による関節。
5. ５．両作用面（１３，１４）が凹状に形成され、それらの回転中心ＭＩとＭ２が 作用面（１５）内に位置しており、その関節軸線が半径Ｒ＝Ｒ２＋Ｒ１−Ｄを有 することを特徴とする請求の範囲２による関節。
6. ６．関節部材（３２）の作用面（３４）が凸状に、関節部材（３１）の他の作用 面（３３）が凹状に形成され、凸状の作用面を有する関節部材（３４）の回転中 心Ｍ１がこの凸状の作用面に位置しており、凹状の作用面を有する関節部材（３ １）の回転中心Ｍ１が圧力分配体（３５）内に位置しており、その関節軸線が半 径Ｒ＝Ｒ２−Ｒ１＋Ｄを有することを特徴とする請求の範囲２による関節。
7. ７．それぞれが相互に可動な球面状の作用面を有する少なくとも２つの関節部材 から構成された少なくとも２つの人工関節からなる関節システムにおいて、請求 の範囲１から６のいずれかによる関節の少なくとも２つを並列接続することを特 徴とする関節システム。
8. ８．請求の範囲７の上位概念部による関節システムにおいて、 請求の範囲１から６のいずれかによる関節の少なくとも２つを直列接続すること を特徴とする関節システム。